Magnetismus

Magnetismus
Elektromagnet
Du brauchst:
• Eisenstab
oder grosser Nagel
(ca. 1,5 m, d: ca.1mm) und
Krokodilklemmen
Das Stromkabel nicht zu lange mit
der Batterie verbunden lassen!
• Stromkabel
• 4,5V-Blockbatterie
• Schale
mit Büroklammern
Was passiert?
Sobald Strom durch das Kabel fliesst wirkt
der Stab als Magnet und kann die Büroklammern anziehen.
Was ist zu tun?
Hintergrund
• Wickle
Nicht nur Magnete haben ein Magnetfeld.
Ein stromdurchflossenes Kabel wird von einem kreisförmigen Magnetfeld umgeben.
Dieser Effekt kann durch mehrmaliges Wickeln um einen Eisenkern verstärkt werden.
Die Richtung des Magnetfelds hängt von
der Polung des elektrischen Stromes ab.
Diese Verknüpfung zweier Phänomene –
Magnetismus und Elektrizität – ist eine fundamentale Erkenntnis in der Physik.
das Stromkabel mehrfach (10 – 20 mal)
um den Eisenstab.
• Verbinde
das Kabel mit der Batterie.
• Was
passiert, wenn du mit dem Stab in die
Nähe der Büroklammern kommst?
• Wickle
das Kabel 20 mal um den Eisenstab.
Wie viele Klammern lassen sich aus der Schale
fischen?
• Umwickle
den Eisenstab 15 mal. Wie viele
Büroklammern lassen sich aus der Schale
fischen?
• Wie
verändert sich die Anzahl Büroklammern
mit der Anzahl Umwicklungen?
• Stelle
deine Ergebnisse von ca. fünf Messungen
grafisch dar.
Notizen:
Magnetismus
Elektromotor
Du brauchst:
• 1,5
V Batterie
• Nagel
oder Schraube
• Neodym-Magnet
(zylindrisch, d: 0,5-1 cm,
axial magnetisiert)
• Stromkabel
abisoliert)
(ca. 15 cm, an den Enden
Was ist zu tun?
• Wie
kannst du aus diesen Dingen einen sich
drehender Elektromotor bauen?
• Setze
den Magnet mit einer flachen Seite auf
den Kopf der Schraube (Möglichst zentral, um
eine Unwucht zu vermeiden).
• Halte
in der einen Hand die Batterie, mit der
anderen setzt du die Spitze der Schraube von
unten an den einen Pol der Batterie – sie sollte
sich durch die magnetischen Kräfte dort von
alleine halten.
• Verbinde
das Kabel mit dem freien Pol der
Batterie sowie der runden Seite des Magneten.
• Auf
welche Seite dreht sich der Magnet? Was
geschieht, wenn du die Polung der Batterie
vertauschst?
• Auf
welche Seite dreht er sich, wenn du den
Magneten umdrehst?
Notizen:
Hintergrund
Sobald eine Verbindung zwischen den
beiden Polen der Batterie hergestellt wird,
fliesst ein relativ hoher Strom (Kurzschlussstrom). Dieser muss auch den Magneten
passieren, wobei die bewegten elektrischen Ladungen (also der Strom) im Magnetfeld abgelenkt werden. Die sogenannte
Lorentz-Kraft wirkt auf die Ladungen und
lenkt sie senkrecht zum Strom und senkrecht
zum Magnetfeld ab (Rechte-Hand-Regel).
Probieren Sie es aus: Wenn Sie den Magneten an der Unterseite statt an der runden Seite mit dem Kabel berühren, sinkt
die Leistung des Motors rapide. Strom und
Magnetfeld müssen möglichst senkrecht
zueinander stehen, damit die Lorentz-Kraft
maximal wird.
Die Richtung der Lorentz-Kraft (F) (und somit die Drehrichtung des Motors) hängt von
zwei Faktoren ab:
• Richtung
des Stroms (I)
• Richtung
des Magnetfeldes (B)
Na und?
Dieses einfachste Prinzip des Elektromotors
ist zwar nicht sehr leistungsstark, dennoch
kommt der Motor auf bis zu 10 000 Umdrehungen pro Minute!
Magnetismus
Magnetfeld des elektrischen Stroms
Du brauchst:
• Stromkabel
(ca. 1,5 m, ø: ca. 1mm) und
Krokodilklemmen
Das Stromkabel nicht zu lange mit
der Batterie verbunden lassen!
• 4,5V-Blockbatterie
Was passiert?
• Kompass
Sobald Strom durch das Kabel fliesst, ändert sich der Ausschlag auf dem Kompass.
Was ist zu tun?
• Lege
den Kompass auf den Tisch. Lege das
Stromkabel in Nord-Süd-Richtung über den
Kompass.
• Schliesse
es in einem grossen Bogen an die
Batterie an. (Vorsicht: Kabel wird heiss,
Kurzschluss nicht zu lange halten!)
• Was
passiert?
• Vertausche
die Kontakte an der Batterie. Was
wird sich wohl ändern?
• Halte
das Stromkabel senkrecht nach oben und
schliesse es an die Batterie an.
• Fahre
mit dem Kompass in einer Ebene um das
Kabel herum.
• Was
kannst du beobachten?
Notizen:
Hintergrund
Nicht nur Magnete haben ein Magnetfeld.
Ein stromdurchflossenes Kabel wird von einem kreisförmigen Magnetfeld umgeben.
Die Richtung des Magnetfelds hängt von
der Polung des elektrischen Stromes ab.
Diese Verknüpfung zweier Phänomene –
Magnetismus und Elektrizität – ist eine fundamentale Erkenntnis in der Physik.
Und weiter?
Der erste Versuch – das Magnetfeld eines
stromdurchflossenen Leiters zu untersuchen
– wurde erstmals 1819 von dem dänischen Physiker Hans Christian Oerstedt
durchgeführt.
Bis zur Entdeckung von Oerstedt wurden der
Magnetismus und die Elektrizität als zwei
völlig unabhängige Phänomene betrachtet.
Oerstedt beobachtete die Ablenkung einer
Kompassnadel als Strom durch einen Draht
floss, der parallel zur Kompassnadel verlief. Die Entdeckung einer grundsätzlichen
Verknüpfung zwischen Elektrizität und Magnetismus schlug bei der damaligen wissenschaftlichen Welt wie eine Bombe ein.
Magnetismus
Was ist magnetisch?
Du brauchst:
• Magnete
• Verschiedene
• Schale
Materialien
mit Büroklammern
Was ist zu tun?
• Erstelle
eine Tabelle mit drei Spalten und
schreibe die verschiedenen Materialien in die
erste Spalte.
• Was
vermutest du: Welche Materialien sind
magnetisch? Kennzeichne diese in der zweiten
Spalte.
• Teste
es aus. Was ist magnetisch? Markiere
diese Materialien in der dritten Spalte.
• Tauche
einen Magneten in die Schale mit
Büroklammern. Wie viele Klammern haften an
ihm?
• Teste
aus.
dies mit den unterschiedlichen Magneten
• Stimmt
dieser Satz? Je mehr Büroklammern am
Magneten heften desto stärker ist er?
• Wie
ist es möglich die Stärke eines Magneten
zu messen? Erfinde eine eigene Messmethode.
Notizen:

Download Report